El Viaje de Libertad
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 Desde las tormentas ordinarias a los grandes sistemas de tormentas organizados

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AutorMensaje
Jurásica



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MensajeTema: Desde las tormentas ordinarias a los grandes sistemas de tormentas organizados   Miér Ago 31, 2011 7:06 pm

Desde las tormentas ordinarias a los grandes sistemas de tormentas
organizados: una visión desde la Estación Espacial Internacional




Francisco Martín León, meteorólogo
Palabras clave: tormenta, convección,
organización, "gota fría", lluvias torrenciales, lluvia convectiva,
lluvia estratiforme, torreones, yunque, cirros cumulogénitus, frente de
racha.





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Estos últimos sistemas, los que poseen mayor organización y tamaño,
son capaces de ocupar la cuarta parte o más de la península ibérica y de
generar lluvias torrenciales e intensas. En algunos lugares del mundo
la llegada de estas estructuras precipitantes es esperada como "pan
bendito" por la tierra seca ya que generan periodos de lluvias vitales
para mantener la vida.

La novedad de esta presentación es que no se van a utilizar las
cásicas imágenes de satélites convencionales ni las de radar para
explicar estas estructuras. Por contra, se van a usar fotos tomadas
desde la EEI, Estación Espacial Internacional, y dar una visión más
realista que por ejemplo de lo que se ve desde tierra o satélite, con
sus limitaciones de resolución espacial y temporal.



Generalidades

Las nubes convectivas son aquellas en las que en su seno se
desarrollan fuertes corrientes ascendentes y descendentes, ocupando
grandes proporciones en la vertical. Normalmente estas nubes suelen
desarrollar tormentas y rayos. Por dicho motivo, también se les denomina
tormentosas por su capacidad de generar gran cantidad de descargas
eléctricas.

Las nubes convectivas o tormentosas, empelaremos este último término
aunque estrictamente es el mejor el primero, crecen en la vertical y
horizontal. Gracias a la presencia del vapor de agua atmosférico
podemos verlas en sus colores blanquecinos, tanto más cuanto más espesas
sean, mejor iluminadas y mayor sea el contenido de agua líquida. Al
crecer se encontrarán con tapaderas o inversiones térmicas que tratarán
de impedir su desarrollo vertical. Si las corrientes ascendentes no son
muy intensas la parte superior de la nube no podrá romper dicha
tapadera y el tope nuboso se extenderá de forma divergente y
expandiéndose a lo largo de dicha superficie. Si la corriente ascendente
es muy intensa, podrá romper la tapadera, perforarla y seguir
creciendo.

Hay una inversión o tapadera inhibidora de los desarrollos que es la
tropopausa, situada una altura de 12 Km, aproximadamente sobre latitudes
medias, sobre la que se encuentra la estratosfera. La tropopausa en
como una membrana casi irrompible e impenetarble, que impide que las
nubes "salten" a la estratosfera. Pero aún así las corrientes
ascendentes más intensas a ese nivel pueden perforarla momentáneamente
para dar lugar a unas protuberancias temporales que llegan a modificar a
dicha membrana. Estos son los torreones convectivos se les denomina en ingles “overshooting tops” o simplemente torreones o domos convectivos.

Las corrientes ascendentes de la nube en la tropopausa la perforan
temporalmente pero la nubosidad queda retenida a la vez que el flujo en
dicho nivel genera zonas amplias de nubosidad cirriforme. Son los cirros de origen cumulogenitus
que formados por cristalinotes de hielo brillan y reflejan la luz solar
de forma menos clara e intensa. Su forma caracteristica a un yunque, hace que se les llame con dicho nombre.

En la siguiente figura se observa el modelo conceptual del ciclo de
vida de una tormenta, o foco convectivo, ordinaria que se desarrolla
verticalmente en un ambiente sin cizalladura (el viento no cambia con la
altura, ni en dirección ni en intensidad). En el pie de figura te
llevará a un link con una animación más clara de lo que acontece en una
nube convectiva (Fuente, COMET).

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[Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo]
(fichero wmv) de una nube convectiva ideal donde se aprecian sus
principales elementos: corrientes ascendentes y descendentes, torreones y
cirros cumulogénitus. Fuente COMET.




Fotos desde la EEI y diferentes tipo de focos convectivos


Tormentas ordinarias: torreones y cirros cumulogénitos

Una de las formas de manifestarse la convección es mediante los
focos convectivos ordinarios o tormentas ordinarias. Son aquellas donde
las corrientes ascendente y descendentes de desarrollan verticalmente en
la misma zona, de tal forma que al final las descendencias erosionan
las ascendencias y la nube desaparece en un corto periodo de tiempo: la
propia convección que se ha desarrollado para eliminar los
desequilibrios de temperatura y humedad se autodestruye. Su ciclo de
vida es muy corto, dependiendo del sensor que utilizamos para detectar a
la tormenta: desde el punto de vista radar puede durar entre 30 min., y
una hora, desde el punto de vista de los rayos, o menos. Desde satélite
la estructura puede perdurar algo más de una hora. Un chubasco
convectivo de corta duración suele ser lo más significativo desde el
punto de vista de la precipitación.

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Descarga [Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo][Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo]Original
Cumulonimbus sobre Canadá, 19 agosto de 2003 a las 18:13:39.563 GMT
visto por la EEI (Expedición 7)
Latitud: 49.6 • Longitud: -113.1 • Altitud: 202 millas náuticas • Azimut solar: 148° • ángulo solar de elevación: 50°


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Detalle de la imagen anterior.
Foco convectivo ordinario y sus elementos característicos: torreón,
cirros cumulogénitus, Ci cum., Zonas de corrientes ascendentes
(descendentes). Nivel de la Inversión, cúmulos realzados, Cu, y sombra.
Nótese la verticalidad de la estructura, hecho que denota la ausencia de
cizalladura vertical del viento en la zona.



Tormentas organizadas: la cizalladura

Cuando la velocidad o dirección del viento cambia con la altura, o
existe cizalladura vertical del viento, entonces la convección que se
desarrolle se pude organizar. Dicha organización se manifiesta de
diferente forma:


  • Las corrientes ascendentes se inclinan en la dirección del viento con la altura
  • Las corrientes descendentes, cuando aparecen, caen desacopladas de las ascendentes y no erosionan a las primeras.
  • Las corrientes descendentes cercanas en superficie generan los
    frentes de racha que a su vez actúan para reforzar a las nuevas
    corrientes ascendentes y desarrollar nuevos focos convectivos.
  • El proceso se repite de forma que aparece un ciclo de vida de
    creación continuada y desplazamiento de focos convectivos donde se
    distinguen unas células madres otras hijas, y este ciclo se repite.
  • El resultado es que disponemos de tormentas organizadas cuyos ciclos
    de vida pueden ser de varias horas, ocupando porciones
    espacio-temporales mayores que las ordinarias.

Son la tormentas organizadas que pueden dar lugar episodios de
lluvias intensas e incluso persistentes de varias decenas de minutos y
generar otros efectos en superficie (granizo, vientos fuertes e incluso
tornados) dependiendo del grado de organización.

Si pudiéramos sobrevolar desde el espacio a una de estas nubes
veríamos como la inclinación de las torres convectivas es notoria, como
los cirros convectivos se extienden corriente abajo y, sobre todo, como
existen células convectivas de menor tamaño o hijas que crecen a
expensas de la célula madre, repitiéndose el ciclo de vida hasta que las
condiciones les sean poco propicias.

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Dos focos convectivos bien
desarrollados con cierta inclinación en su estructura vertical y cirros
expandiéndose en la dirección de viento en niveles altos. Todo ello
debido a la cizalladura ambiental.



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Detalle de uno de ellos. Nótese
que siguen persistiendo la presencia de torreones y cirros
cumulogénitos como en el caso de las tormentas ordinarias. En su parte
izquierda se ven nuevas células convectivas “hijas”.


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Descarga [Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo] [Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo] Original
Sistema tormentoso en un entorno de cizalladura sobre el Golfo de México, 8 octubre a las 22:17:44.585 GMT
Vistos por el EEI (Expedición 15)
Latitud: 29.5 • Longitud: -88.0 • Altitud: 183 millas náuticas Azimut solar : 254° • Angulo de elevación solar: 15°

Debajo de las zonas más activas es probable que se estén desarrollado
fuertes chubascos de origen convectivo. En la zona trasera donde se
extienden los cirros de origen convectivo la precipitación, si existe,
suele ser más persistente, continua y menos intensa pero no por eso
menos importante.

Tormentas muy organizadas: los SCM y CCM

La gran mayoría de las lluvias intensas y torrenciales, que se
atribuyen a la pintoresca “gota fría”, se suelen producir por
estructuras de tal grado de organización, ciclo de vida y tamaño cuyas
dimensiones observadas por satélite pueden ocupar más allá de varias
provincias españolas, por ejemplo. Este es el caso de las tormentas
súper organizadas y de dimensiones colosales conformadas por un conjunto
de tormentas agrupadas unas veces en línea y otras veces en forma de
“racimos” que se autogeneran en sucesivas células madres e hijas y todas
ellas “unen sus esfuerzos” para crear un ente vivo que va más allá de
una simple tormenta. El resultado de todo ello son los llamados,
técnicamente, Sistemas Convectivos de Mesoescala, SCM, y cuando son de
dimensiones colosales y cumples unos criterios de tamaño en las imágenes
infrarrojas se les denomina Complejos Convectivos de Mesoescala, CCM.
Son los que en última instancia generan las fuertes lluvias torrenciales
y lluvia continua persistentes, dependiendo donde nos encontremos
debajo de ellas. Veamos un ejemplo en la figura siguiente.


Todas las tormentas juntas: observando elementos singulares

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Descarga los tamaños: [Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo] [Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo] [Tienes que estar registrado y conectado para ver este vínculo]
Imagen
tomada el 20 de agosto de 2007 a las 22:17:35.634 GMT, vista desde la
International Space Station (Expedition 15). Latitud: 51.3 • Longitud:
-94.1 Altitud: 184 Millas náuticas Azimuth del sol: 253° • Angulo de
elevación solar: 29°



Elementos individuales de la escena

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Tomando como referencia la anterior imagen vamos a tratar de analizar
los elementos singulares más importantes, etiquetados como 1, 2…5. Las
zonas nubosas a analizar están marcadas en la anterior figura. Hay otros
elementos significativos pero se los dejamos al lector que los
descubra.

1.- Tormenta ordinaria

Junto al gran Sistema Convectivo de Mesoescala nos encontramos un
conjunto de focos convectivos de diferente grado de desarrollo vertical
posiblemente generado por el frente de racha. Hemos tomado uno de ellos
en la siguiente figura. Nótese la diferencia de tamaño entre ambos. Y
entre éste elementos y el resto de lis cúmulos y Cb que le rodean. La
tormenta analizada ya se ha desarrollado, está soportada por corrientes
ascendentes en su parte superior y se encuentra en su fase final del
ciclo de vida.

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2.- Nubes alimentadoras en niveles bajos

Las grandes tormentas deben ser alimentadas desde niveles bajos por
flujos intensos de aire húmedo e inestable. A veces existen máximos de
viento en capas bajas dirigidos a la parte más activa para mantener y
ser fuente alimentadora de estos sistemas. La interacción de esta masa
de aire inestable con el sistema da lugar a estructuras nubosas
convectivas en forma de capas o mantas de nubes de menor altura que el
sistema y que forman parte del sustrato alimentador. A medida que se
acercan en su conjunto experimenta la cercanía del SCM y son realzadas
en sus cercanías.

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3.- Torreones, protuberancias o domos convectivos

Son los elementos nubosos que sobresalen de la capa continua de
cirros cumulogénitos, Estas protuberancia llegan a perforar o modificar
la membrana cuasi impenetrable de la tropopausa. Las sombras son
elementos característicos de estos domos sobre las nubes más bajas y
continuas. Si la geometría sol-domo-nube es la adecuada, entonces las
sombras son notorias.

Dichos torreones están soportados por intensas corrientes ascendentes
al nivel de la troposfera alta. Es de suponer que debajo de dichas
corrientes ascendentes están los núcleos de precipitación más intensos
como se vera más adelante.

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4.- Zona estratiforme o de cirros cumulogénitus del SCM

La nubosidad estratiforme trasera de los SCM está formada
básicamente por una manta o cubierta nubosa de cirros como topes
nubosos muy fríos. Es el yunque. Debajo del sistema cirriforme se
extiende una gran capa de nubosidad y lluvia estratiforme que puede
dejar en superficie cuantiosa precipitación. Estas precipitaciones son
de carácter continua y persistente y dejan grandes cantidades en zonas
que posteriormente se pueden ver afectadas por las lluvias convectivas
ligadas al propio SCM.

Nótese que el manto de cirros no es plano, por el contrario es
posible observar estructuras ondulatorias que en las animaciones o
realces en las imágenes infrarrojas están asociadas en determinadas
condiciones ondas gravitatorias producidas por los torreones al
modificar la tropopausa; como la hace una piedra al tirarla a un
estanque de agua tranquila.

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5. Otras estructuras cercana de gran tamaño

Los grandes SCM se pueden desarrollar con otras estructuras
convectivas, como se ha visto anteriormente con las tormentas
ordinarias. En este caso además existen otras estructura de gran tamaño
donde se desarrollan de nuevos torreones, cirros cumulogenitus, frentes
de racha, nubes alimentadoras, etc. Como se muestra en esta imagen

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Zonas y “tipos” de lluvia de estos SCM

Estos sistemas tormentosos muy organizados, como los SCM, CCM y las
líneas de turbonadas, suelen desarrollar dos zonas de lluvias bien
diferenciadas y representadas en a siguiente figura. El sistema
conceptual es visto desde arriba y en gris está representado las zonas
nubosas. Las zonas precipitantes se dibujan en la escala adjunta en
lluvia débil, moderada y fuerte con posible granizo.

Las dos zonas de lluvias o de precipitaciones de estos sistemas en su fase madura son:


  • Zona de lluvia convectiva o tormentosa. Es una zona
    ocupada por los núcleos compactos de precipitación intensa que en el
    radar están ligados a lluvia muy intensas y a veces con granizo. En las
    imágenes de satélites y en su tope superior aparecen los torreones
    sobresalientes de la capa de cirros. Los núcleos más intensos suelen
    dejar intensidades muy altas en breves periodos de tiempo, generando a
    veces lluvias de carácter torrencial. En la fase inicial solo aparecen
    estas estructuras y en la fase de disipación desaparecen, quedando sólo
    la lluvia estratiforme, continua y suave.
  • Zona de lluvia estratiforme. Suele aparecer en la
    fase madura como consecuencia del desarrollo de a nubosidad estratiforme
    corriente debajo de los grandes focos tormentos y ligadas a la lluvia
    intensa. Esta son de nubosidad estratiforme es de origen convectivo pero
    no se suele llamar como tal al ser las precipitaciones más suaves y
    continuas. Cuando el entorno es rico en humedad las precipitaciones que
    alcanzan el suelo suelen tener estas características. Por el contrario,
    si el entorno es seco la precipitación estratiforme difícilmente llega
    al suelo y sus efectos se suelen dejar sentir porque al evaporarse se
    enfría el aire más de lo que se debería calentar al descender y aparecen
    descendencias localmente intensas. Hay que hacer notar que en
    determinadas ocasiones las precipitaciones continuas y persistentes
    pueden generar tantos problemas o más que las propias ligadas la
    convección.

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Vista superior de un SCM en
forma de línea de turbonada con las zonas de lluvia fuerte, moderada y
débil. La zona gris es la zona nubosa vista por satélite. Corte AB en
ésta y la siguiente figura. Fuente TEMPOweb.


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Corte vertical A-B de un gran
SCM donde se observan las corrientes ascendentes y descendentes dentro
de la estructura nubosa: dos regiones de precipitación aparecen en la
figura: la convectiva y estratiforme.

Conclusiones

En este artículo se ha tratado de visualizar y analizar las imágenes
obtenidas desde la EEI que nos ofrecen una perspectiva única. Aunque
sea el radar meteorológico el encargado de detectar las zonas de lluvia,
desde la perspectiva satelital cercana es posible identificar ciertos
elementos que nos ponen en guardia del tamaño, organización y
complejidad de los grandes sistemas tormentosos con sus torreones
sobresaliendo del escudo compacto de los topes cirriformes. Las nubes
alimentadoras de capas bajas, las nubes forzadas a elevarse por los
frentes de rachas generados por el sistema, debajo del cual se
encuentran las grandes masas nubosas.

Los grandes grupos de tormentas de gran organización, poseen tamaños
espectaculares, si lo comparamos con la simple tormenta ordinaria que
suele llevar asociado un chubasco sin más. Estos grandes sistemas se le
denominan técnicamente Sistemas Convectivos de Mesoescala, SCM, y los
de mayor tamaño, según unos criterios predefinidos en la imágenes de
satélite, Complejos Convectivos de Mesoescala, CCM. Todos ellos se
caracterizan por poseer dos zonas de lluvias significativas:

- La zona de lluvia intensa donde se generán las precipitaciones más
dañinas, ligadas a la convección más activa y las tormentas más
virulentas, y

- La zona de lluvia estratiforme y continua que aunque tiene su
origen en la propia convección, es la zona más amplia de lluvia
estratiforme y “trasera” que se genera corriente abajo de las
tormentas más activas.

El grado de organización de estos sistemas es muy complejo y pueden
no sólo ocupar grandes extensiones sino que además su ciclo de vida
puede llegar a ser superior a un día.

Por último, indicar que las persistentes e intensas lluvias generadas
por estos sistemas organizados tormentosos son las que en general
causan los daños e inundaciones en las zonas mediterráneas y en época
otoñal. Estás grandes tormentas organizadas son las que popularmente se
le conoce como “gota fría”. Término
pintoresco y no técnico de una realidad ajena al mundo meteorológico
internacional y moderno, reliquia de un pasado llamativo y que se ha
instalado en el lenguaje popular y en el periodístico de baja calidad
técnica que tan sólo busca titulares llamativos
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Desde las tormentas ordinarias a los grandes sistemas de tormentas organizados
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